Lääketieteellinen lisätty todellisuus yhdistää sekä todellisia että virtuaalisia kolmiulotteisia kuvia avuksi lääketieteellisissä toimenpiteissä tai koulutuksessa. Yleisimmin lisätyn todellisuuden tekniikoita käytetään tarjoamaan lääkäreille kuvia potilaan kehon sisäpuolelta käytettäväksi leikkauksessa. Samat tai vastaavat tekniikat mahdollistavat lääketieteen opiskelijoiden harjoittaa toimenpiteitä nukkeilla tai ruumiilla. Toinen tyyppi auttaa potilaita itse visualisoimaan, mitä heidän kehossaan tapahtuu.
Minimaalisesti invasiiviset kirurgiset tekniikat antavat lääkäreille mahdollisuuden suorittaa leikkaus tekemättä suuria viiltoja. Lääketieteellinen lisätty todellisuus on olennainen väline tämän mahdollistamiseksi. Usein potilaan magneettikuvaus (MRI) -tulokset, ultraäänitutkimukset tai muut kolmiulotteiset tietueet yhdistetään reaaliaikaisiin kuviin kirurgin toiminnasta. Yhdistettyjä kuvia voidaan katsella Head Mounted Display (HMD) -näytön kautta, jota kirurgi käyttää luonnollisen näkökyvyn jäljittelemiseksi.
Lääketieteen opiskelijat tai kirurgiset harjoittelijat voivat käyttää lääketieteellistä lisättyä todellisuutta harjoittaakseen kirurgisia tekniikoita. Tekniikka tähän on pitkälti sama kuin minimaalisesti invasiivisessa kirurgiassa. Todellisen potilaan tietueen sijasta opiskelija voi kuitenkin harjoitella käyttämällä nukkea, jossa on yleisiä kuvia henkilön kehosta. Opiskelija voi sitten manipuloida virtuaalikuvia saadakseen erittäin tarkan simulaation todellisten leikkausten suorittamisesta. Vielä suuremman samankaltaisuuden vuoksi sama asia voidaan tehdä myös nuken sijasta.
Koska lääketieteellinen lisätty todellisuus voi tarjota niin yksityiskohtaisen ja elävän kuvan ihmisen kehon sisäpuolelta, sitä voidaan käyttää myös potilaiden kouluttamiseen. Henkilö voi esimerkiksi seisoa näytön edessä, joka antaisi kuvia lihaksista, luuranosta tai muista kehon järjestelmistä. Tämä kuva voi liikkua henkilön liikkuessa tai lääkärin manipuloinnin perusteella. Lääkäri voi käyttää näitä kuvia auttaakseen potilaita ymmärtämään, mikä heidän kehossaan on vialla ja mitä on tehtävä ongelmien korjaamiseksi. Tämä tekniikka palvelee esimerkiksi polvinivelen pienoismallin kaltaista toimintoa, mutta sillä on suurempi vuorovaikutteisuus.
Lääketieteellisen lisätyn todellisuuden ala kasvaa edelleen. Näiden samojen tekniikoiden muita käyttötarkoituksia on ehdotettu, mutta niitä ei ole otettu käyttöön vuonna 2011. Esimerkiksi voi olla mahdollista luoda HMD -ohjelmisto, jonka avulla lääkärit voivat nähdä potilaan koko sairaushistorian yhdellä silmäyksellä asettamalla kuvia aiemmista vammoja tai sairauksia potilaan kehossa.